KR100793211B1

KR100793211B1 - Position detection of switched reluctance machines

Info

Publication number: KR100793211B1
Application number: KR1020010015598A
Authority: KR
Inventors: 메이에스피터리챠드
Original assignee: 스위치드 릴럭턴스 드라이브즈 리미티드
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2008-01-10
Also published as: EP1139560A1; KR20010090569A; US6396237B2; EP1139560B1; DE60139099D1; GB0007422D0; JP2001298983A; JP4669622B2; US20010026139A1; CN1218468C; BR0101033A; CN1319945A

Abstract

본 발명의 스위칭된 다상 자기저항기(polyphase switched reluctance machine)는 센서없는 위치 검출을 이용하는 제어 시스템에 의해 제어된다. 제어기는 성능좋고 신뢰할 수 있으며 기기의 전체의 전류 초핑(chopping) 범위에 걸쳐 동작한다. 소정의 쇄교 자속의 진단 펄스는 잔류 전류가 흐르는지의 여부와 무관하게 위상내로 주입된다. The switched polyphase switched reluctance machine of the present invention is controlled by a control system using sensorless position detection. The controller is good and reliable and operates over the entire current chopping range of the device. Diagnostic pulses of a given linkage flux are injected into the phase regardless of whether or not residual current flows.

Description

스위칭된 자기저항기의 위치 검출{POSITION DETECTION OF SWITCHED RELUCTANCE MACHINES}POSITION DETECTION OF SWITCHED RELUCTANCE MACHINES}

도 1은 스위칭된 자기저항 드라이브 시스템의 주요 구성 요소를 도시하는 도면.1 shows the main components of a switched magnetoresistive drive system.

도 2는 고정자 극(stator pole)에 접근하는 회전자 극(rotator pole)의 개략도를 도시하는 도면.FIG. 2 shows a schematic diagram of a rotor pole approaching a stator pole. FIG.

도 3은 도 1의 기기의 스위칭된 위상 권선의 여자를 제어하는, 전력 컨버터 내의 일반적인 스위칭 회로를 도시하는 도면.3 shows a general switching circuit in a power converter that controls the excitation of the switched phase windings of the device of FIG. 1.

도 4(a) 및 도 4(b)는 초핑 및 단파 모드에서 각각 동작하는 스위칭된 자기저항 드라이브의 일반적인 전류 파형을 도시하는 도면.4 (a) and 4 (b) show typical current waveforms of a switched magnetoresistive drive operating in chopping and shortwave modes, respectively.

도 5(a) 및 도 5(b)는 스위칭된 자기저항 드라이브의 여자로부터 발생하는 위상 전류 파형을 도시하는 도면.5 (a) and 5 (b) show phase current waveforms resulting from the excitation of a switched magnetoresistive drive.

도 6은 저 속도 모드에서 동작된 기기의 이상적인 인덕턴스 프로파일, 여자 영역 및 진단 영역을 도시하는 도면.6 shows an ideal inductance profile, excitation area and diagnostic area of an instrument operated in a low speed mode.

도 7은 본 발명을 포함한 스위칭된 자기저항 드라이브 시스템에 관한 개략적인 블록도.7 is a schematic block diagram of a switched magnetoresistive drive system incorporating the present invention.

도 8은 스위칭된 자기저항기의 위상 전류/인덕턴스 특성을 도시하는 도면.8 shows phase current / inductance characteristics of a switched magnetoresistive resistor.

도 9는 본 발명에서 발생하는 위상 전류 파형을 도시하는 도면. Fig. 9 is a diagram showing a phase current waveform occurring in the present invention.

도 10은 스위칭된 자기저항기의 회전각/전류 특성을 도시하는 도면.Fig. 10 shows the rotation angle / current characteristics of the switched magnetoresistive resistor.

도 11은 본 발명의 실시예를 도시하는 도면.11 illustrates an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

11: 전원 공급기11: power supply

13; 전력 컨버터13; Power converter

16: 위상 권선16: phase winding

100: 전류 변환기100: current transducer

102: 모터102: motor

104; 제어기104; Controller

106: 적분기106: integrator

108: 룩업 테이블108: lookup table

본 발명은 스위칭된 자기저항기의 제어에 관한것으로, 특히 센서없이 회전자 위치를 감시하도록 동작되는 기기에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the control of switched magnetoresistive devices, and more particularly to a device operated to monitor rotor position without sensors.

일반적으로, 자기저항기는 전기 기기이고, 그 자기저항기에서 자기 회로의 자기저항을 최소화하는 위치, 즉 여자(exciting) 권선의 인덕턴스를 최대화하는 위치로 가동하는 전기 기기의 가동 소자의 성향에 의해 토크가 생성된다. 일반적으로, 회전자 각도의 위치를 검출하고 위상 권선을 회전자 위치의 함수로써 여자시키는 회로가 제공된다. 이러한 형태의 자기저항기는 일반적으로 스위칭된 자기저항기로서 알려져 있고 모터나 발전기로서 동작될 수 있다. 상기 스위칭된 자기저항기의 특징이 잘 알려져 있고 예를 들면 1993년 6월 21∼24일 독일 누른 버그(Nurnberg)에서 개최된 PCIM'93에서 스테펜슨(Stephenson) 및 블레이크(Blake)에 의한 "스위칭된 자기저항 모터 및 드라이브의 특징, 디자인 및 응용(The Characteristics, Design and Application of Switched Reluctance Motors and Drives) "이라는 제목의 논문에 기술되어 있으며 이 논문은 본 명세서에서 참조 문헌으로 된다. 이 논문은 주기적으로 위상 권선의 인덕턴스를 변화시키는 특성을 생성하는 스위칭된 자기저항기의 특징을 상세히 기술한다.In general, a magnetoresistive resistor is an electrical device, the torque of which is caused by the tendency of the movable element of the electrical device to operate at the position where the magnetic resistance of the magnetic circuit is minimized, i.e., the position where the inductance of the exciting winding is maximized. Is generated. In general, a circuit is provided for detecting the position of the rotor angle and exciting the phase winding as a function of the rotor position. This type of magnetoresistance is generally known as a switched magnetoresistance and can be operated as a motor or a generator. The characteristics of the switched magneto-resistors are well known and for example "switched" by Stephenson and Blake at PCIM'93 held in Nurnberg, Germany, June 21-24, 1993. The Characteristics, Design and Application of Switched Reluctance Motors and Drives are described in a paper entitled "The Characteristics, Design and Application of Switched Reluctance Motors and Drives," which is incorporated herein by reference. This paper details the characteristics of a switched magnetoresister that generates a characteristic that periodically changes the inductance of the phase winding.

도 1은 통상의 스위칭된 자기저항 드라이브 시스템의 주요 구성요소를 도시한다. 입력 DC 전원 공급기(11)는 배터리이거나 또는 정류될 수 있고 필터링된 AC 메인 전원일 수 있고 크기에 있어서 고정적이거나 가변적일 수 있다. 공지된 드라이브 시스템에서, 전원 공급기(11)는 영(zero)과 소정값사이에서 급속히 변화하는 DC전압을 생성하는 공진 회로를 포함하여 전원 스위치의 영 전압을 스위칭한다. 전원 공급기(11)에 의해 공급된 DC전압은 전자 제어 장치(14)의 제어 하에서 전력 컨버터(13)에 의해 모터(12)의 위상 권선(16) 양단에서 스위칭된다. 상기 스위칭은 자기저항 드라이브 시스템의 적절한 동작을 위해 회전자의 회전각에 정확히 동기화되어야 한다. 회전자 위치 검출기(15)는 통상적으로 사용되어 회전자의 각 위치를 표시하는 신호를 공급한다. 회전자 위치 검출기(15)의 출력은 또한 속도 피드백 신호를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 1 shows the main components of a conventional switched magnetoresistive drive system. The input DC power supply 11 may be a battery or a rectified and filtered AC mains power supply and may be fixed or variable in size. In known drive systems, power supply 11 includes a resonant circuit that generates a DC voltage that varies rapidly between zero and a predetermined value to switch the zero voltage of the power switch. The DC voltage supplied by the power supply 11 is switched across the phase winding 16 of the motor 12 by the power converter 13 under the control of the electronic control device 14. The switching must be accurately synchronized to the rotational angle of the rotor for proper operation of the magnetoresistive drive system. The rotor position detector 15 is typically used to supply a signal indicative of each position of the rotor. The output of the rotor position detector 15 can also be used to generate a speed feedback signal.

회전자 위치 검출기(15)는 다양한 형태를 가질 수 있고, 예를 들면 도 1에 개략적으로 도시되었듯이 하드웨어 형태일 수 있다. 어떤 시스템에서, 회전자 위치 검출기(15)는 회전자 위치 변환기를 포함하여 전원 컨버터(13)에서의 소자들의 스위칭 배치를 다르게 요구하는 위치로 회전자가 회전할 때마다 상태를 바꾸는 출력 신호를 제공한다. 다른 시스템에서, 위치 검출기는 드라이브 시스템의 다른 감시된 파라미터로부터 위치를 계산 또는 추정하는 소프트웨어 알고리즘일 수 있다. 이러한 시스템들은 회전자와 연관된 물리적인 변환기를 이용하지 않기 때문에 종종 "센서없는 위치 검출 시스템"으로 불리운다. 종래 기술에서 잘 알려져 있듯이, 많은 다른 해결책이 신뢰할 수 있고 센서없는 시스템에 적용된다. 이러한 해결책들은 이하에서 논의된다. The rotor position detector 15 may take various forms and may be in the form of hardware, for example, as shown schematically in FIG. 1. In some systems, the rotor position detector 15 includes a rotor position transducer to provide an output signal that changes state each time the rotor rotates to a position that requires different switching arrangements of the elements in the power converter 13. . In other systems, the position detector may be a software algorithm that calculates or estimates the position from other monitored parameters of the drive system. Such systems are often referred to as "sensorless position detection systems" because they do not use a physical transducer associated with the rotor. As is well known in the art, many other solutions apply to reliable and sensorless systems. These solutions are discussed below.

스위칭된 자기저항기에서 위상 권선의 여자화는 회전자의 각 위치의 검출에 달려있다. 이것은 모터로서 동작하는 자기저항기의 스위칭을 도시하는 도 2 및 도 3을 참조함으로써 설명될 수 있다. 도 2는 화살표(22)를 따라 고정자 극(21)에 접근하는 회전자극(20)을 도시한다. 도 2에 도시 되었듯이 완전한 위상 권선(16)의 부분(23)이 고정자 극(21) 주변에 감겨있다. 고정자 극(21) 주변의 위상 권선(16)의 부분(23)이 여자되었을 때, 힘이 회전자에 가해져서, 회전자 극(20)을 고정자 극(21)과 일렬로 끌어당긴다. 도3은 고정자 극(21) 주변의 부분(23)에 있는 위상 권선(16)의 여자화를 제어하는 전력 컨버터(13)에서의 일반적인 스위칭 회로를 도시한다. 스위치(31 및 32)가 닫혀 있을때, 위상 권선은 DC 전원에 연결되어 여자된다. 박층 형태, 권선 형태 및 스위칭 회로의 많은 다른 구성이 종래 기술에서 알려 져 있다: 이러한 것들의 일부가 상기 인용된 Stephenson & Blake 논문에서 논의된다. 스위칭된 자기저항기의 위상 권선을 상기 방법으로 여자할 때, 자기 회로에서 자속에 의해 설정된 자계는 원주력을 발생시켜, 상기 설명했듯이, 회전자 극을 고정자 극과 일렬로 끌어 당긴다.The excitation of the phase windings in a switched magneto-resistor depends on the detection of each position of the rotor. This can be explained by referring to Figs. 2 and 3 showing the switching of the magnetoresistive acting as a motor. 2 shows the rotor pole 20 approaching the stator pole 21 along arrow 22. As shown in FIG. 2, a portion 23 of the complete phase winding 16 is wound around the stator pole 21. When the portion 23 of the phase winding 16 around the stator poles 21 is excited, a force is applied to the rotor, pulling the rotor poles 20 in line with the stator poles 21. 3 shows a general switching circuit in the power converter 13 which controls the excitation of the phase windings 16 in the part 23 around the stator pole 21. When the switches 31 and 32 are closed, the phase winding is connected to the DC power source and excited. Many other configurations of thin layer shapes, winding forms and switching circuits are known in the art: some of these are discussed in the Stephenson & Blake paper cited above. When exciting the phase winding of the switched magnetoresistor in this manner, the magnetic field set by the magnetic flux in the magnetic circuit generates a circumferential force, as described above, pulling the rotor poles in line with the stator poles.

일반적으로, 위상 권선은 여자되어 회전자의 회전을 다음과 같이 발생 시킨다. 회전자의 제1 각 위치("턴온 각", ON 으로 불리는)에서, 제어기(14)는 스위칭 신호를 제공하여 스위칭 장치(31 및 32)를 턴온 시킨다. 스위칭 소자(31 및 32)가 턴온 되었을때, 위상 권선은 DC 버스에 연결되어 증가하는 자속이 상기 기기에 설정 되도록 한다. 자속은 회전자 극에 작용하는 공극(air gap) 내에서 자계를 생성하여 감시 토크를 생성한다. 상기 기기에서의 자속은 스위치(31 및 32) 및 위상 권선(23)을 통해 DC 공급기로 부터 흐르는 전류에 의해 제공된 구동력[magneto-motive force(mmf)]에 의해 지지된다. 전류 피드백이 일반적으로 이용되고 위상 전류의 크기는 스위칭 장치(31 및/또는 32)중 하나 또는 양쪽을 급속히 on 또는 off로 스위칭하여 전류를 초핑(chopping) 함으로써 제어된다. 도 4(a)는 동작의 초핑 모드내의 일반적인 전류 파형을 도시하고, 그 도면에서 전류는 2개의 고정 레벨간에 초핑된다. 모터링 동작에서, 턴온각(ON)은 회전자상의 내부 극 공간의 중심선이 고정자 극의 중심선과 일렬로 되는 회전자 위치로 되도록 종종 선택되지만 다른 각일 수 도 있다.In general, the phase winding is excited to generate the rotation of the rotor as follows. At the first angular position ("turn on angle", ON) of the rotor, the controller 14 provides a switching signal to turn on the switching devices 31 and 32. When the switching elements 31 and 32 are turned on, the phase winding is connected to the DC bus so that the increasing magnetic flux is set in the device. The magnetic flux creates a magnetic field in the air gap acting on the rotor poles to produce the monitoring torque. The magnetic flux in the device is supported by the magneto-motive force (mmf) provided by the current flowing from the DC supply through the switches 31 and 32 and the phase windings 23. Current feedback is generally used and the magnitude of the phase current is controlled by chopping the current by rapidly switching one or both of the switching devices 31 and / or 32 to on or off. 4 (a) shows a typical current waveform in the chopping mode of operation, in which the current is chopped between two fixed levels. In motoring operation, the turn-on angle (ON) is often chosen so that the centerline of the inner pole space on the rotor is at the rotor position in line with the centerline of the stator pole, but may be another angle.

많은 시스템에서, 회전자가 회전하여 "자유회전 각(freewheeling angle"; FW)에 도달할때까지 위상 권선은 DC 버스에 접속되어 있다(또는 초핑을 사용할때는 간헐적으로 접속됨). 회전자가 자유회전 각에 대응하는 각 위치(즉 도 2에 도시한 위치)에 도달할때 스위치 중 하나의 스위치(31)가 턴오프된다. 결과적으로, 위상 권선을 통하여 흐르는 전류는 계속해서 흐를 것이나, 현재에는 스위치 중에서 단지 하나의 스위치(도 3에서 32)만을 통해서 흐르고 다이오드(33/34)들 중에서 하나의 다이오드(도 3에서 34)만을 통해서 흐를 것이다. 자유회전 기간동안, 위상 권선양단의 전압강하는 적고, 자속은 거의 일정하다. 회전자가 "턴 오프 각"으로 알려진 각 위치(OFF)(즉 회전자 극의 중심선이 고정자 극의 중심선에 일렬로 될 때)로 회전 할 때까지 회로는 그러한 자유회전 조건인 채로 있다. 회전자가 턴 오프 각에 도달할 때, 스위치(31 및 32)는 턴 오프 되고 위상 권선(23)에서의 전류는 다이오드(33 및 34)를 통해 흐르기 시작한다. 그후 다이오드(33 및 34)는 반대로 DC 버스로부터 DC 전압을 인가하여, 상기 기기내에서 자속을 발생시키고 위상 전류를 감소시킨다. 다른 스위칭 각 및 다른 전류 제어 방식을 사용하는 것은 종래 기술로서 알려져 있다.In many systems, the phase windings are connected to the DC bus (or intermittently when using chopping) until the rotor rotates to reach a "freewheeling angle" (FW). One of the switches 31 of the switches is turned off when the rotor reaches the angular position corresponding to the free rotation angle (ie, the position shown in FIG. 2). As a result, the current flowing through the phase winding will continue to flow, but now only one of the switches (32 in FIG. 3) flows and only one of the diodes 33/34 (34 in FIG. 3) Will flow through. During the free rotation period, the voltage drop across the phase winding is small and the magnetic flux is almost constant. The circuit remains in that freewheeling condition until the rotor has rotated to an angular position known as the "turn off angle" (ie when the center line of the rotor poles is in line with the center line of the stator poles). When the rotor reaches the turn off angle, switches 31 and 32 are turned off and current in phase winding 23 begins to flow through diodes 33 and 34. Diodes 33 and 34 then conversely apply a DC voltage from the DC bus, generating magnetic flux and reducing phase current in the device. It is known in the art to use different switching angles and different current control schemes.

상기 기기의 속도가 상승함에 따라, 전류를 초핑 레벨로 상승시키는 시간이 적게 걸리고, 그 드라이브는 동작의 "단일 펄스" 모드에서 동작된다. 상기 모드에서, 턴온, 자유회전 및 턴오프 각은, 예를 들면, 속도 및 부하 토크의 함수로서 선택된다. 몇몇의 시스템들은 자유회전의 각 주기를 이용하지 않고, 즉 스위치(31 및 32)는 동시에 스위칭 온되고 오프된다. 도 4(b)는 자유 회전각을 0으로하는 일반적인 단일 펄스 전류 파형을 도시한다. 턴온, 자유회전 및 턴 오프 각의 값은 기설정되어 필요시 제어 시스템에 의해 검색용에 알맞은 포맷에 저장될 수 있고, 또한 실 시간에 계산되거나 추정될 수 있다.As the speed of the device rises, it takes less time to raise the current to the chopping level, and the drive is operated in the "single pulse" mode of operation. In this mode, the turn on, free rotation and turn off angles are selected as a function of speed and load torque, for example. Some systems do not use each period of free rotation, ie switches 31 and 32 are switched on and off at the same time. 4 (b) shows a typical single pulse current waveform with a free rotation angle of zero. The values of turn on, free turn and turn off angles can be preset and stored by the control system in a format suitable for retrieval, if necessary, and can also be calculated or estimated in real time.

스위칭된 자기저항기의 능력을 충분히 실현한다면 초핑 및 단일 펄스 동작 모드 모두에서 센서없는 시스템이 회전자 위치 신호를 제공할 수 있어야 한다. 센서없는 시스템이 많이 개발 되었을 지라도, 대부분은 하나의 동작 모드로 제한되거나 시스템의 동작에 많은 제한을 가해왔다. 하나의 제안으로는 토크를 생성하는 순간에 이용되지 않고 내부에 전류가 흐르지 않는(즉, "휴지" 위상의) 위상 권선에 주입된 진달 펄스를 이용하는 것이다. 일반적으로 이러한 해결책은 초핑 모드에 적용될 수 있고, 초핑 모드에서 전류의 상승 및 하강 시간은 전체적인 여자 싸이클과 비교하여 상대적으로 짧다. 이러한 해결책의 하나의 실시는 1990년 7월 17-19일 런던에서 개최된 Proc PEVD 회의에서 엠분지(Mvungi)등에 의해 IEE 공보 제 324호 249-252 page에 "A New Sensorless Position Detector for SR Drives"에서 설명되고 그것은 본원의 참고 문헌으로 된다. 상기 문서는 고속도(즉 단일 펄스) 동작을 위한 다른 해결책이 요구된다는 것을 알려준다. 하나의 해결책은 회전자 위치를 예측하는 자속 및 전류 측정을 개시하는 EP-A-O573198(RAY)에 의해 예증된다. 많은 다른 센서없는 위치 검출 시스템이 영국 브라이톤(Brighton)의 93년 9월 13-16일자 Proc EPE'93 회의에서 레이(RAY)등에 의해 6권 7-13 page에 수록된 "Sensorless Methods for Determining the Rotor Position of Switched Reluctance Motors"에서 검토되고 주장되는데, 그 방법들 중에서 어떤 방법도 전 동작 범위에 걸친 동작에 완전히 만족스럽지 않다라고 결론지었다. Fully realizing the capability of switched magneto-resistors, sensorless systems must be able to provide rotor position signals in both chopping and single-pulse operating modes. Although many sensorless systems have been developed, most have been limited to one mode of operation or have placed many restrictions on the operation of the system. One suggestion is to use an amplification pulse injected into a phase winding that is not used at the moment of generating torque and no current flows inside (i.e., a "rest" phase). In general, this solution can be applied to the chopping mode, where the rise and fall times of the current in the chopping mode are relatively short compared to the overall excitation cycle. One implementation of this solution is described in "A New Sensorless Position Detector for SR Drives" by Iv Publication 324, pages 249-252 by Mvungi et al. At the Proc PEVD meeting in London, 17-19 July 1990. And which are incorporated herein by reference. The document suggests that another solution for high speed (ie single pulse) operation is required. One solution is illustrated by EP-A-O573198 (RAY), which initiates flux and current measurements to predict rotor position. Many other sensorless position detection systems are described in "Sensorless Methods for Determining the Rotor," published by Ray et al. At the Proc EPE'93 Conference, September 13-16, 93, Brighton, UK. Position of Switched Reluctance Motors, ”which is discussed and concluded that none of these methods is completely satisfactory for operation over the entire operating range.

엠분쥐에 의해 제안된 방법은 많은 진단 펄스의 주입에 충분한 시간을 주면서 휴지 주기가 비교적 길고 전류의 하강 시간이 짧은 매우 낮은 속도에서 동작되어 질 수 있다. 그러나 상기 방법은 진단 펄스를 주입하기 전 0으로 떨어지는 자속 및 전류에 달려있다(엠분쥐등에 의한 문서의 252페이지,2컬럼). 이러한 요구 조건은 속도 증가에 따라 실행하기가 어려운데, 왜냐하면 주요 여자(excitation)의 꼬리(tail) 전류가 더욱 길게 하강하고 진단 펄스의 공간이 더욱더 작아지기 때문이다. 엠분쥐는 4위상 기기를 이용하는 그의 시스템을 기술하지만 문제는 3위상 시스템(다른 이유로 종종 선호되는)에서 더욱 중대해진다. 도 5(a)는 엠분쥐에 의해 기술되었듯이 주입된 쇄교 자속 펄스로써 위상 전류 파형을 도시한다. 그 펄스는 주요 여자의 꼬리 전류가 0으로 떨어진 후에만 주입된다. 펄스의 증가 전류는 회전자 이동시 위상 권선의 인덕턴스가 감소된다는 표시이다.(펄스의 크기가 명료성을 위해 과장 되었다.) 도 5(a)는 매우 낮은 동작점에 대해 그려진 것이고, 그 도면에서 꼬리 전류가 급격히 0으로 떨어져서 회전자 위치 진단용 영역을 길게 남겨둔다. 그러나 속도가 상승함에 따라, 꼬리 전류는 더 오래 걸려서 떨어지고, 진단 영역을 잠식해가고 진단 펄스를 주입할 기회를 지연시킨다. 상기 내용은 도 5(b)에 도시된다. 속도가 상승함에 따라, 진단을 위해 남아있는 시간은 신뢰성있게 위치를 추정하기 위해 충분한 펄스를 주입하기에 부적합하게 되고 상기 시스템은 불안정하게 되는데, 왜냐하면 어떠한 위상도 진단용 조건에 있지 않을 때 및 제어 시스템 및 회전자 위치의 동기화 소실때 시간을 필요로 하기 때문이다. The method proposed by Mbuntu can be operated at very low speeds with relatively long idle periods and short fall times of current, giving sufficient time for the injection of many diagnostic pulses. However, the method depends on the magnetic flux and current falling to zero before injecting the diagnostic pulse (page 252, column 2 of the article by M. et al.). This requirement is difficult to implement as the speed increases because the tail current of the main excitation is longer and the space of the diagnostic pulse becomes smaller. Mbunju describes his system using a four-phase device, but the problem is even greater in three-phase systems (which are often preferred for other reasons). Fig. 5 (a) shows the phase current waveform as the injected bridge magnetic flux pulse as described by Mbun. The pulse is injected only after the tail current of the main excitation drops to zero. The increasing current of the pulse is an indication that the inductance of the phase winding decreases as the rotor moves. (The magnitude of the pulse is exaggerated for clarity.) Figure 5 (a) is drawn for a very low operating point, in which the tail current Drops rapidly to zero, leaving the rotor position diagnostic zone long. However, as the speed increases, the tail current takes longer to fall, eroding the diagnostic area and delaying the opportunity to inject a diagnostic pulse. This is illustrated in FIG. 5 (b). As the speed rises, the time remaining for diagnosis becomes unsuitable for injecting enough pulses to reliably estimate position and the system becomes unstable, because when no phase is in the diagnostic condition and the control system and This is because it takes time when synchronization of the rotor position is lost.

이와같이, 저속도에서 엠분쥐(Mvungi)의 방법이 활용되고 고속도에서 레이(RAY)의 방법이 활용될 수 있다. 그러나 드라이브를 성능좋게 동작시키는 회전 자 위치 검출 기술을 필요로 하는 그들간에는 영역이 있다.As such, Mvungi's method may be utilized at low speeds and RAY's method may be utilized at high speeds. However, there is an area between them that requires rotor position detection techniques that operate the drive well.

자기저항기의 침투(permeance)가 전류와 비-선형이기 때문에, 박층 철강의 B-H 커브가 선형으로 되지 않기 때문에, 전류의 수퍼포지션이 정확한 결과로 되지않는다고 이전에는 생각되어 왔다. 그러므로 회전자 위치 검출용 진단 펄스는 위상 권선에 흐르는 전류가 없을 때만 단지 주입될 수 있다라고 생각되어 왔고, 그렇지 않다면, 그 결과는 잘못되게 나타날 것이다. 이것은 예를 들면 1998년 9월 2-4일 터키 이스탄불에서 전기 기기에 관한 BICEM'98 국제 회의에서 Ehsani, M, Rajarathnam, AV, Suresh, G, & Fahimi에 의해 2권, 673-684 페이지의 "Sensorless control of switched reluctance motors- a technology ready for applications"에설명되어 있다. 일반적으로, 이는 사실이지만, 본 발명의 발명자는 이러한 일반적인 진술이 사실이 아닌 기기의 인덕턴스 싸이클의 부분이 있다는것을 이해하고 있다. Since the permeance of the magnetoresistance is non-linear with the current, it has been previously thought that the superposition of the current is not an accurate result since the B-H curve of the thin steel is not linear. Therefore, it has been thought that the diagnostic pulse for rotor position detection can only be injected when there is no current flowing in the phase winding, otherwise the result will be wrong. See, for example, Volume 2, pages 673-684, by Ehsani, M, Rajarathnam, AV, Suresh, G, & Fahimi at BICEM'98 International Conference on Electrical Equipment, Istanbul, Turkey, September 2-4, 1998. Sensorless control of switched reluctance motors-a technology ready for applications. Generally, this is true, but the inventors of the present invention understand that this general statement is part of the inductance cycle of the device.

본 발명의 목적은 속도(0 속도를 포함) 및 부하(과도 부하 외란을 포함)의 모든 조건, 특히 초핑 및 단일 펄스 모드간의 천이점 근처의 속도에서 동작할 수 있는 스위칭된 자기저항 드라이브용의 신뢰성있고 경제적인 센서없는 위치 검출기를 제공하는 것이다. 본 발명은 일반적으로 모터나 발전기로서 동작하는 스위칭된 자기저항기에 적용될 수 있다.It is an object of the present invention to provide reliability for switched magnetoresistive drives capable of operating at all conditions of speed (including zero speed) and load (including transient load disturbances), especially at speeds near the transition point between chopping and single pulse modes. It is to provide a sensorless position detector that is economical. The present invention is generally applicable to switched magnetoresistive devices operating as motors or generators.

본 발명의 다른 목적은 정지로부터 기기를 사용하고 모든 초핑 범위에 걸쳐 동작시키기 적당한 위치 검출을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a position detection suitable for using the device from a standstill and operating over all chopping ranges.

본 발명에 의해 회전자, 고정자 및 적어도 하나의 위상 권선을 포함하는 스위칭된 자기저항기에서 회전자의 위치를 결정하는 방법이 제공되고, 상기 방법은, 위상을 여자시키지 않은 비활성 기간동안 위상 권선에서 메인 전류 및 쇄교 자속 중의 하나를 측정하는 단계와; 전류 혹은 쇄교 자속의 소정값을 갖는 진단 펄스를 비활성 위상 권선으로 주입하는 단계와; 펄스 끝의 위상에서 합계 전류 또는 쇄교 자속을 측정하는 단계와; 진단 펄스의 주입에 기인한 전류 또는 쇄교 자속의 값을 합계 및 메인 전류 또는 쇄교 자속간의 차이로부터 생성하는 단계와; 전류 또는 쇄교 자속과 회전자각의 상관 관계로부터 회전자 위치를 다른전류 및 쇄교 자속 값으로 유도하는 단계를 포함한다. According to the present invention there is provided a method of determining the position of a rotor in a switched magneto-resistor comprising a rotor, a stator and at least one phase winding, the method comprising: mains in the phase winding during an inactive period which does not excite the phase. Measuring one of the current and the linkage flux; Injecting a diagnostic pulse having a predetermined value of current or linkage flux into the inactive phase winding; Measuring the total current or linkage flux at the phase of the pulse end; Generating a value of the current or the linkage flux due to the injection of the diagnostic pulse from the sum and the difference between the main current or the linkage flux; Inducing the rotor position from the current or linkage flux and the rotor angle to different current and linkage flux values.

양호하게는, 진단 펄스는 소정의 쇄교 자속용이다. 양호하게는, 펄스는 인덕턴스가 전류와 선형인 영역으로 전류가 떨어질때 주입된다. Preferably, the diagnostic pulse is for a given linkage flux. Preferably, the pulse is injected when the current drops into the region where the inductance is linear with the current.

펄스는 같은 위상 기간에 반복적으로 주입될 수 있다. 검출이 이루어질 때마다 기기의 속도에 따라 계산된 예측값과 비교 될 수 있다. 획득값과 예측값간에 변동이 매우 크고, 또는 많은 싸이클에 걸쳐서 매우 크다면, 상기 기기 제어는 변형, 즉 정지될 수 있다.The pulses can be injected repeatedly in the same phase period. Each time a detection is made, it can be compared with a predicted value calculated according to the speed of the device. If the variation between the acquired value and the predicted value is very large, or very large over many cycles, the device control may be deformed, i.e. stopped.

본 발명은 회전자, 고정자, 적어도 하나의 위상 권선 및 그 위상 권선을 여자하기 위해 동작되는 스위치 수단을 갖는 기기를 포함하는 스위칭된 자기저항 드라이브용 검출기에 관한 것이고, 회전자 위치 검출기는 위상에서 메인 전류 및 쇄교 자속 중의 하나를 측정하는 측정 수단; 위상을 여자시키지 않은 비활성 기간동안 메인 전류 또는 쇄교 자속을 측정하도록 상기 측정 수단을 동작시키는 수단, 전류 및 쇄교 자속중 하나의 소정값을 갖는 진단 펄스를 비활성 위상으로 주입하는 주입수단, 펄스 끝의 위상에서 전류 또는 쇄교 자속을 측정하도록 상기 측정 수단을 동작시키는 수단, 합계 및 메인 전류 또는 쇄교 자속 사이의 차로부터 진단 펄스의 주입에 기인한 전류 또는 쇄교 자속의 값을 생성하는 수단; 및 전류 혹은 쇄교 자속과 회전자각이 상관 관계로부터 회전자 위치를 다른 전류 및 쇄교 자속값으로 유도하는 수단을 포함한다.The present invention relates to a detector for a switched magnetoresistive drive comprising a rotor, a stator, at least one phase winding and a switch means operated to excite the phase winding, wherein the rotor position detector is main in phase. Measuring means for measuring one of the current and the linkage flux; Means for operating the measuring means to measure the main current or the linkage flux during the period of inactivity that does not excite the phase; injection means for injecting a diagnostic pulse having a predetermined value of one of the current and the linkage flux into the inactive phase, the phase of the pulse tip Means for operating said measuring means to measure a current or a bridged flux in the system, means for generating a value of a current or a bridged flux due to injection of a diagnostic pulse from a difference between the sum and the main current or the bridged flux; And means for deriving the rotor position from the correlation between the current or linkage flux and the rotor angle to different current and linkage flux values.

본 발명은 본 발명의 방법에 의해 컴퓨터를 실행하도록 컴퓨터 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 소자에 관한것이다. The present invention relates to a computer program element comprising computer program code means for executing a computer by the method of the present invention.

본 발명은 많은 방법으로 실행될 수 있고, 그 일부는 이하 첨부된 도면을 참조하고 예시해서 설명된다. The present invention can be implemented in many ways, some of which are described below with reference to the accompanying drawings.

도 7은 본 발명을 구체화하는 시스템의 개략도를 도시한다. 구성 요소를 분리된 블록으로 도시되어 있어도, 다양한 기능들이 스위칭된 자기저항기의 전반적인 제어의 일부로써 작업을 위해 프로그램된 단일 프로세서 즉 ASIC에 의해 소프트 웨어에서 동등하고 양호하게 실행될 수 있다.7 shows a schematic diagram of a system embodying the present invention. Although the components are shown in separate blocks, the various functions can be performed equally and well in software by a single processor, or ASIC, programmed for operation as part of the overall control of the switched magnetoresistance.

전류 변환기(100)는 모터[102: 간단히 하기위해 하나의 위상에 대해 하나의 변환기만이 도시된다]의 각 위상용 위상전류를 나타내는 신호를 공급하기 위해 배치된다. 도 1에서와 같이, 3개의 위상이 도시된다. 위상수는 3보다 크거나 작아질 수 있다. 그 신호가 마이크로 프로세서를 기본적으로 구비한 제어기(104)에 공급된다. 그 배치는 도 1의 배치와 유사하다. 전류 변환기(100)는 어떠한 형태, 즉 홀 효과 장치(Hall- effect device)와 로고스키(Rogoski coil)등과 같은 격리된 시스템 일 수 있다. 대안으로 저 비용 드라이브 시스템에서 일반적으로 사용되는 열 안정성 저항기와 같은 비-격리된 시스템을 이용할 수 있다. The current converter 100 is arranged to supply a signal representing the phase current for each phase of the motor 102 (only one converter is shown for one phase for simplicity). As in FIG. 1, three phases are shown. The number of phases can be greater or less than three. The signal is supplied to a controller 104 basically equipped with a microprocessor. The arrangement is similar to that of FIG. The current converter 100 may be of any form, i.e., an isolated system such as a Hall-effect device and a Rogoski coil. Alternatively, non-isolated systems such as thermal stability resistors commonly used in low cost drive systems can be used.

제어기가 소프트웨어에서 동일하고 양호하게 실행될 수 있는 기능중의 하나 일지라도, 제어기는 적분기(106)에 대해 출력을 가지는 것으로 도시된다. 룩업 테이블(108)은 제어기(104)에 의해 액세스되도록 배치된다. 룩업 테이블은 회전자 위치 정보를 검색 혹은 보간하는 회전자 각에 대해 위상 전류값을 저장한다. Although the controller is one of the same and well-functioning functions in software, the controller is shown to have an output to the integrator 106. The lookup table 108 is arranged to be accessed by the controller 104. The look-up table stores phase current values for the rotor angles to retrieve or interpolate the rotor position information.

본 발명은 전압을 권선에 인가하도록 전력 컨버터(13)내의 스위치를 닫음으로써 진단 펄스를 위상으로 주입하는 기술을 구체화한다. 이것에 의해 쇄교 자속이 증가된다. 소정 레벨로 쇄교 자속이 도달 했을 때, 스위치들은 다시 개방된다. 쇄교 자속은 권선을 통한 전압의 시간 적분이다라는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.The invention embodies a technique for injecting a diagnostic pulse in phase by closing the switch in the power converter 13 to apply a voltage to the winding. This increases the linkage flux. When the linkage flux reaches a certain level, the switches are opened again. It will be understood by those skilled in the art that the bridge flux is the time integration of the voltage through the winding.

본 발명에 의해 이용되는 싸이클의 관련 부분은 최소 인덕턴스 영역으로 감소한다. 이것이 도 8에 도시되고, 그 도 8에서 비 정렬된 위치(즉 주어진 위상용 회전자 극의 위치 및 최소 인덕턴스가 있는 인접한 고정자극과 관련된 위치)에서 일반적인 스위칭된 자기저항기의 위상 권선의 인덕턴스가 전류의 함수로서 나타난 도 8에 도시된다. 인덕턴스에 변화가 없는 부분이 전류와는 무관하다는 것을 도시하는 곡선(도 8에서 0부터 대략 200A 까지)에서 수평 부분이 존재한다는 것을 도시한다. The relevant part of the cycle used by the present invention is reduced to the minimum inductance region. This is shown in FIG. 8, in which the inductance of the phase winding of a typical switched magneto-resistor in a non-aligned position (ie the position of the rotor poles for a given phase and the position associated with adjacent stator poles with minimum inductance) is obtained. 8 is shown as a function of. It is shown that there is a horizontal part in the curve (from 0 to approximately 200 A in FIG. 8) showing that the part with no change in inductance is independent of the current.

본 발명에 의하면, 진단 펄스가 비활성 위상에 주입되나 권선내에 아직도 전류가 존재할 수 있다. 상기 펄스는 고정된 쇄교 자속의 펄스이지만, 고정된 또는 가변적인 주파수의 펄스이기도 하고, 이용된 다양한 방법에 따라 다르다. 인가 θoff에서 전도각 종료후에 위상용 전력 전자 스위치를 동작함으로써 펄스는 비활성 위상에 인가된다. 상기 펄스의 쇄교 자속이 적분기(106)의 출력에 의해 결정되는 소정값에 도달하면, 비활성 위상내의 전류는 기록되고 스위치는 턴 오프된다. 이러한 고정된 쇄교 자속용 전류의 룩업 테이블(108)로 부터, 회전자 위치를 리드 오프(read off) 할 수 있다. 진단 펄스와 연관된 전류가 단지 메인 전류만을 남겨 놓은채 0으로 떨어질때, 연속 펄스가 개시되어 같은 진단 기간에서 그 과정이 반복될 수 있다. 펄스의 반복 속도는 시스템의 설계자가 선택할 문제이다: 즉, 펄스는 고정 주파수에서 주입될수 있고 또는 이전의 펄스의 측정이 완성되고 회로가 새로운 측정을 시작하기 위해 준비되자마자 새로운 펄스는 개시될 수 있다. According to the invention, a diagnostic pulse is injected in the inactive phase but there may still be current in the windings. The pulse is a pulse of fixed linkage flux, but also a pulse of fixed or variable frequency and depends on the various methods used. The pulse is applied to the inactive phase by operating the phase power electronic switch after the conduction angle ends at the applied? Off. When the chain flux of the pulse reaches a predetermined value determined by the output of the integrator 106, the current in the inactive phase is recorded and the switch is turned off. From this lookup table 108 for the fixed linkage flux current, the rotor position can be read off. When the current associated with the diagnostic pulse drops to zero leaving only the main current, a continuous pulse can be initiated and the process repeated in the same diagnostic period. The repetition rate of the pulses is a matter of choice for the designer of the system: the pulse can be injected at a fixed frequency or a new pulse can be initiated as soon as the measurement of the previous pulse is complete and the circuit is ready to start a new measurement. .

모터링 동작을 위해, 펄스는 하강 인덕턴스 영역에 위치한다. 발전 동작을 위해, 펄스들은 상승 인덕턴스 영역에 위치된다. 기기의 인덕턴스 프로파일(profile)이 대칭적이다면, 전류에 대한 회전자 위치의 하나의 데이터 세트만이 룩업 테이블에 저장될 필요가 있는데 왜냐하면 최대 또는 최소의 인덕턴스 각에 대한 단순한 반영에 의해 양쪽 모드의 정확한 위치가 설정될 수 있기 때문이다. For motoring operation, the pulse is located in the falling inductance region. For power generation operation, the pulses are located in the rising inductance region. If the inductance profile of the device is symmetrical, only one data set of rotor positions for the current needs to be stored in the lookup table because the exact reflection of both modes by simple reflection of the maximum or minimum inductance angle This is because the location can be set.

진단 펄스의 주입은 도 6에 도시되고, 그 도면에서 Induc A, Induc B 및 Induc C가 3위상 기기의 이상화된 인덕턴스 프로파일을 나타내고 Exc A,Exc B 및 Exc C가 모터링 동작용 여자각을 나타내고 영역(D)은 위상이 비활성이고 일반적으로 회전자 위치를 진단하는데 이용될 수 있는 회전자 각을 나타낸다. 여자되지 않은 하나의 위상이 항상 있기 때문에, 항상 활용 가능한 영역이 있고 그 영역에서 진단 펄스는 본 발명에 의해 위치될수 있다. 고정된 전류 높이의 펄스를 이용하고 그것과 연관된 쇄교 자속을 판독하여 위치 vs 쇄교 자속 테이블로부터 위치를 리드 오프(read off) 시킬 수 있는 것이 또한 가능하다는 것에 주목하라. 그러나, 이것은 바람직한 실시예로 되지 않는데 왜냐하면, 요구된 레벨로 도달하도록 전류에 의해 취해진 시간의 길이는 진단이 일어나는 각 영역에 걸쳐 상당히 변하기 때문이다. 이것은 불규칙적으로 간격을 둔 펄스를 발생시킨다. 더우기, 두 위상이 함께 진단되어진다면 상기 펄스는 다른 시간에 그들의 피크가 발생할 것이다. 그러나 고정된 쇄교 자속의 펄스로써는 이러한 문제들은 존재하지 않는다. The injection of the diagnostic pulse is shown in FIG. 6, where Induc A, Induc B and Induc C represent idealized inductance profiles of the three phase instrument and Exc A, Exc B and Exc C represent the excitation angles for motoring operation. Region D represents the rotor angle that is out of phase and can generally be used to diagnose rotor position. Since there is always one phase that is not excited, there is always an area available and in that area a diagnostic pulse can be located by the present invention. Note that it is also possible to read off the position from the position vs. linkage flux table by using a pulse of fixed current height and reading the linkage flux associated therewith. However, this is not a preferred embodiment because the length of time taken by the current to reach the required level varies considerably over each area where the diagnosis takes place. This generates irregularly spaced pulses. Moreover, if both phases are diagnosed together, the pulses will generate their peaks at different times. However, these problems do not exist with pulses of fixed linkage flux.

본 발명의 중요성은, 전도각이 종료될 때, 인덕턴스가 선형이고 중첩(superposition)의 원리가 적용되기 때문에 전류가 그 위상내로 흘러 들어가든지 아니든지 간에 진단용 위상을 이용하는 것은 가능하다는 것이다. 이와같이, 전류 및 인덕턴스 혹은 쇄교 자속을 측정하는 방법을 적절하게 이용할때, 진단 펄스는 이 영역으로 신뢰할 수 있게 주입될 수 있을 것이다. 도 9는 상기 원리를 사용한 위상 전류 파형을 도시한 것이고, 그 도면에서 진단 펄스(P)가 스위치 오프 각(θoff)후에 그리고 다음의 스위치온 각(θon)전에 주입된다. 전류는 스위치 오프 포인트에서 높다는 것이 주목 된다. 전류는 전류가 상기 레벨에 도달한 후에 진단 펄스가 주입될때 초기에 도 8의 선형 영역에 대한 각과 함께 급속히 떨어진다.The importance of the present invention is that when the conduction angle is terminated, it is possible to use a diagnostic phase, whether or not current flows into it, since the inductance is linear and the principle of superposition is applied. As such, when properly used to measure current and inductance or linkage flux, diagnostic pulses can be reliably injected into this region. Fig. 9 shows a phase current waveform using the above principle, in which a diagnostic pulse P is injected after the switch-off angle [theta] off and before the next switch-on angle [theta] on. It is noted that the current is high at the switch off point. The current drops rapidly with the angle to the linear region of FIG. 8 initially when the diagnostic pulse is injected after the current reaches this level.

도 10은 일반적인 기기용의 일정한 쇄교 자속용 각에 대한 전류 곡선을 도시한다. 그 곡선에 의해 일정한 쇄교 자속에 대응하는 전류가 알려져 있을때 회전자 위치를 결정할 수 있다. 그러나, 도 9에서 단순히 스위치 오프후에 제1 진단 펄스용 전류를 판독하는 것과 도 10으로 부터 위치를 판독 하는 것은 펄스에 기인한 전류가 메인 꼬리(tail) 전류에 중첩(suerimpose)되었기 때문에 부정확한 결과, 즉 위치(Y )로 설정되게 된다. 본 발명에서는 인덕턴스를 선형으로 하는 이러한 전류 레벨에서 수퍼포지션의 원리가 적용된다는 것을 알 수 있다. 펄스만으로 인한 증가 전류를 설정하도록 메인전류(진단 펄스에 의해 전류가 없는)를 감소시킴에 의해, 정확한 위치가 도 10,즉 위치(X)로 부터 판독 될 수 있다. Fig. 10 shows the current curve for the angle for constant linkage flux for a typical device. The curve can determine the rotor position when the current corresponding to a constant linkage flux is known. However, simply reading off the current for the first diagnostic pulse after switching off in FIG. 9 and reading the position from FIG. 10 is inaccurate because the current due to the pulse has been swept into the main tail current. That is, the position (Y) is to be set. It can be seen from the present invention that the principle of superposition is applied at this current level with linear inductance. By reducing the main current (no current by the diagnostic pulse) to set the increase current due to the pulse alone, the exact position can be read from FIG.

센서없는 위치 검출 시스템은 전력 스위칭 장치에 근접해서 전기적으로 시끄러운 환경에서 일반적으로 동작해야 하고, 그것에 의해 자속-결합 및 전류의 측정을 힘들게하고 위조의 위치 데이터를 계산한다. 시스템의 성능을 개선시키기 위하여, 계산된 위치 데이터의 유효성을 확인하는 적절한 방법이 추가 될 수 있다. 예를 들면, 새로운 위치가 계산될 때마다, 위치, 시간 및 속도의 값은 저장될 수 있다. 마지막으로 저장된 n값을 이용하면서, 예측 위치는 새롭게 계산된 위치와 비교를 위해 추정될 수 있다. 만약 새롭게 계산되고 예측된 값이 소정량 범위내에 있지 않다면 에러 카운트는 증가되고 계산값을 대신해서 이 예측값이 사용되고, 만약 그것들이 소정량 범위내에 있다면, 어떠한 존재하는 에러 카운트는 감소되고 계산값은 이용된다. 그러므로, 측정의 연속적인 싸이클을 통해 데이터가 위치 정보의 신뢰성을 토대로 만들어 진다. 만약 에러 카운트가, 그 범위밖의 5개의 연속적인 계산의 대표 값을 초과 한다면, 제어 시스템은 회전자의 실제 위치와의 동기성을 잃어서 어떤 더욱더 심각한 사태가 벌어지기 전에 기기의 여자를 막도록 결정 할 수 있다. 그 값의 저장 및 추정은 어떠한 편리한 수단에 의해 행해질 수 있지만 일반적으로 디지털 저장 장치에 의해 메모리에서 행해진다. n = 8이면 시스템 안정성과 저장 공간간에 훌륭한 타협안으로 알려져왔다. Sensorless position detection systems must normally operate in an electrically noisy environment in close proximity to the power switching device, thereby making it difficult to measure flux-coupled and current and calculate counterfeit position data. In order to improve the performance of the system, an appropriate method of verifying the validity of the calculated position data can be added. For example, each time a new location is calculated, the values of location, time and speed may be stored. Using the last stored n value, the predicted position can be estimated for comparison with the newly calculated position. If the newly calculated and predicted value is not within the predetermined amount range, the error count is incremented and this prediction value is used instead of the calculated value. If they are within the predetermined amount range, any existing error count is reduced and the calculated value is used. do. Therefore, through the successive cycles of the measurement, the data is created based on the reliability of the location information. If the error count exceeds the representative value of five consecutive calculations outside of that range, the control system will lose synchronization with the actual position of the rotor and may decide to stop the device's excitation before any more serious events occur. Can be. The storage and estimation of the value can be done by any convenient means but is generally done in memory by a digital storage device. n = 8 has been known as a good compromise between system stability and storage space.

회전자 위치 정보를 발견하는 방법은 어떤 편리한 방식에 의해 실행될 수 있지 만 일반적으로 마이크로 프로세서 또는 디지털 신호 프로세서와 같은 컴퓨터 장치의 소프트웨어에서 실행될 수 있다. 도 11은 적절한 코드를 설명하는 흐름도를 도시한다. 당업자에게는 본 발명의 설명의 이점 및 도 11의 흐름도를 설정했을때 특정한 처리 장치에 적절한 코드를 생성하는 것은 일상적인 일일 것이다. 상기 코드는 컴퓨터 프로그램 소자의 형태인 메모리에 저장된다. 흐름도의 단계를 이하에서 기술한다. The method of finding the rotor position information may be carried out by any convenient way but may generally be carried out in software of a computer device such as a microprocessor or a digital signal processor. 11 shows a flow chart describing an appropriate code. It will be routine for a person skilled in the art to generate the appropriate code for a particular processing device when setting up the advantages of the present description and the flow chart of FIG. The code is stored in a memory in the form of a computer program element. The steps of the flowchart are described below.

박스(120)에서 위상 전류는 턴오프 각(θoff)후에 측정되어 기록된다. 측정은 어떠한 편리한 방법에 의해 행해질 수 있고, 일반적으로 위상 권선의 전반적인 전류 제어용으로 구비된 전류 변환기(100)를 이용함으로써 행해질 수 있다. 그 값은 제어기(104)의 프로세서에서 레지스터 내에 저장된다. 박스(122)에서, 만약 전류가 인덕턴스를 선형으로 하는 영역에 있다면, 회전자 위치 검출기 처리가 진행된다. 그렇지 않다면, 박스(123)는 상기 과정을 재개시 하기 전에 지연시킨다. In box 120 the phase current is measured and recorded after the turn off angle [theta] off. The measurement can be made by any convenient method and can generally be done by using a current converter 100 provided for the overall current control of the phase windings. The value is stored in a register at the processor of the controller 104. In box 122, if the current is in the region of linear inductance, rotor position detector processing proceeds. If not, box 123 delays before resuming the process.

박스(124)에서 전압 적분기(106)는 제어기에 의해 0으로 리셋되고, 해제되어 진단 펄스를 주입시킨 비활성 영역에 전압을 적분 시킨다. 아날로그 하드웨어 또는 디지털 소프트웨어 기술에 의해 적분이 행해질 수 있다.In box 124 the voltage integrator 106 is reset to zero by the controller and integrated to the inactive region where it is released to inject a diagnostic pulse. Integration may be done by analog hardware or digital software technology.

박스(126)에서 진단하게 되는 비활성 위상에 대응하여 전력 컨버터(13)의 전력 스위치는 폐로되어 DC 링크 전압을 위상에 인가하고, 양전압을 인가하여 위상의 쇄교 자속을 증가시킨다. In response to the inactive phase to be diagnosed in the box 126, the power switch of the power converter 13 is closed to apply a DC link voltage to the phase and a positive voltage to increase the linkage flux of the phase.

박스(128)에서 적분기의 출력이 룩업 테이블(108)에 저장된 도 10의 곡선에서 말하는 진단 펄스의 소정의 쇄교 자속에 대응하는 소정 값에 도달할 때까지 프로세서가 기다린다. The processor waits at box 128 until the output of the integrator reaches a predetermined value corresponding to a predetermined linkage flux of the diagnostic pulses referred to in the curve of FIG. 10 stored in lookup table 108.

쇄교 자속이 요구된 레벨에 도달됐을때, 제어기는 전류 변환기(100)로 부터 판독하고 박스(130)에서 언급 했듯이 전류 레벨이 기록된다. 박스(132)에서, 펄스[박스(110)에 저장 되었듯이]의 시작점에서 측정된 전류의 제1 값은 제2 전류값으로 부터 감산된다. 합계 전류로 부터 메인 전류를 감산하는것에 의해 전류가 펄스 만으로 인해서 증가한다. When the linkage flux has reached the required level, the controller reads from the current transducer 100 and the current level is recorded as mentioned in box 130. In box 132, the first value of the current measured at the beginning of the pulse (as stored in box 110) is subtracted from the second current value. By subtracting the main current from the total current, the current increases due to the pulse alone.

이러한 기술이 진단 펄스 동안 거의 일정한, 메인 전류에 달려 있다는 것이다. 실제적으로, 상기 펄스는 짧고 전류의 변화는 작아서 계산에 삽입된 에러가 허용할수 있을 정도로 충분히 작다. 어쨋든, 제 1의 거의 적은 펄스가 스위치 오프된후 에러는 매우 감소된다. 만약 어떠한 이유로든 진단 펄스를 더욱 커지게 할 필요가 있다면, 요구되는 쇄교 자속에 도달하기 위해서는 더 오래 걸리고, 펄스의 피크에 있는 메인 전류를 계산함으로서 그리고 그 값을 펄스에 기인한 전류의 계산용으로 이용함으로써 정정이 삽입 되어질 수 있다. 계산은, 펄스의 시작 직전의 전류의 경사(slope)도를 토대로한다. This technique depends on the mains current being nearly constant during the diagnostic pulse. In practice, the pulse is short and the change in current is small so small that the error inserted into the calculation is acceptable. In any case, the error is greatly reduced after the first nearly few pulses are switched off. If for any reason it is necessary to make the diagnostic pulse larger, it takes longer to reach the required flux flux, by calculating the main current at the peak of the pulse and for calculating the current due to the pulse. By using this, correction can be inserted. The calculation is based on the slope of the current just before the start of the pulse.

박스(134)에서 10에 도시된 전류/각 룩업 테이블로 부터 회전자 위치를 판독하기 위해 증가 전류가 이용된다. 이 곡선의 데이터는 어떠한 편리한 형태, 즉 전 류의 고정된 증가점에서 회전자 각의 값으로 저장 될 수 있다. 보간(즉 선형, 정방형, 또는 다항식)은 저장된 것들에 중간에 있는 포인트에 대한 결과를 제공하는데 이용 될 수 있다. Incremental current is used to read the rotor position from the current / angle lookup table shown at 10 in box 134. The data of this curve can be stored as a value for the rotor angle at any convenient form, ie at a fixed increase in current. Interpolation (ie, linear, square, or polynomial) can be used to provide results for points that are intermediate to stored ones.

박스(136)에서 얻어진 회전자 위치는 제어기(104)에 사용될 수 있는 이전의 회전자 위치 및 속도에 관한 정보로부터 얻어진 예측값과 비교되어 진다. 박스(138)에서 만약 비교가 요구되는 시간동안 설정된 영역 밖에 있다면 기기는 동작하지 않는다. 이 루틴(routine)은 반복되어 동일한 비활성 위상 또는 다음의 가용한 비활성 위상을 이용해서 다음의 회전자 위치를 찾아낸다. 이러한 방식으로 얻어진 회전자 위치 각각의 판독은 편리한 방식으로 기기를 모터 또는 발전기로써 제어하는데 이용 가능하다.The rotor position obtained in box 136 is compared with the predicted value obtained from information about previous rotor position and speed that may be used in controller 104. In box 138, the device does not operate if it is out of the established area for the time required for comparison. This routine is repeated to find the next rotor position using the same inactive phase or the next available inactive phase. Reading of each rotor position obtained in this way is available to control the instrument as a motor or a generator in a convenient manner.

본 발명은 이전에 논의된 진단 펄스 기술을 대신해서 이용될 수 있다. 본 발명에서는 인덕턴스가 대체적으로 전류와 무관하다는, 비제로 영역의 전류가 있다라는 것을 이용한다. 진단 기간에 꼬리 전류가 존재함에 의해 설명했듯이, 초기에 측정된 꼬리 전류가 감소하게 된다. 존재하는 전류가 없을때, 본 발명에 의한 루틴은 진단 기간의 종료시 전류의 판독으로 부터 어떠한 것도 제거 할 수 없다. The present invention can be used in place of the diagnostic pulse technique discussed previously. In the present invention, there is a current in the non-zero region where the inductance is largely independent of the current. As explained by the presence of tail current in the diagnostic period, the initial measured tail current is reduced. When there is no current present, the routine according to the invention cannot remove anything from the reading of the current at the end of the diagnostic period.

상기 예가 3위상 기기에 관하여 기술 되었지만, 본 발명은 어떠한 극수와 위상 수를 가진 어떠한 스위칭된 자기저항기에 적용될 수 있다라는 점이 인식되어야 할것이다. 유사하게, 본 발명은 가동 부품(종종 회전자로서 언급되는)을 선형으로 움직이게 하는 선형 기기에 적용될 수 있다. 그러므로 개시된 장치가 본 발명을 벗 어나지 않고서 가능하다는 것을 당업자는 이해 할 것이다. 따라서, 상기 몇몇 실시예의 설명은 예에 의해 이루어지고 제한할 목적은 없다. 본 발명은 단지 다음 청구항에 의해서만 제한된다.Although the above example has been described with respect to a three-phase device, it should be appreciated that the present invention can be applied to any switched magneto-resistor with any pole number and phase number. Similarly, the present invention can be applied to linear machines that linearly move a moving part (often referred to as a rotor). Therefore, those skilled in the art will understand that the disclosed apparatus is possible without departing from the invention. Accordingly, the description of some of the above embodiments is made by way of example and not for the purpose of limitation. The invention is only limited by the following claims.

Claims

회전자, 고정자 및 하나 이상의 위상 권선을 포함하는 스위칭된 자기저항기(switched reluctance machine)에서 회전자 위치를 결정하는 방법에 있어서,A method of determining rotor position in a switched reluctance machine comprising a rotor, a stator and one or more phase windings,

위상을 여자시키지 않은 비활성 기간동안 위상 권선내의 메인 전류와 쇄교 자속(flux-linkage)중의 하나를 측정하는 단계;Measuring one of the main current and flux-linkage in the phase winding during an inactive period that does not excite the phase;

상기 메인 전류 또는 쇄교 자속의 소정의 최대값을 갖는 진단 펄스를 비활성 위상 권선으로 주입하는 단계;Injecting a diagnostic pulse having a predetermined maximum of said main current or linkage flux into an inactive phase winding;

상기 진단 펄스의 끝 위상에서 총 전류 또는 쇄교 자속을 측정하는 단계;Measuring a total current or linkage flux at the end phase of the diagnostic pulse;

상기 진단 펄스의 주입에 기인한 전류 또는 쇄교 자속의 값을 총 전류와 메인 전류 또는 쇄교 자속간의 차이로부터 생성하는 단계;Generating a value of the current or the linkage flux due to the injection of the diagnostic pulse from the difference between the total current and the main current or linkage flux;

상기 총 전류 또는 쇄교 자속과 회전자각의 상관 관계로부터, 다른 전류 및 쇄교 자속값의 회전자 각도에 대하여 상기 회전자 위치를 유도하는 단계를 포함하는 회전자 위치의 결정 방법.Deriving the rotor position from the correlation of the total current or linkage flux with the rotor angle with respect to the rotor angle of the other current and linkage flux value.

제 1항에 있어서, 상기 진단 펄스는, 위상 전류가 소정값 아래로 인덕턴스가 전류와 무관하게 되는 범위까지 떨어질 때 주입되는 것인 회전자 위치의 결정 방법.2. The method of claim 1, wherein the diagnostic pulse is injected when the phase current falls below a predetermined value to a range where the inductance becomes independent of the current.

제 1항에 있어서, 상기 진단 펄스는 소정의 쇄교 자속의 펄스이고 상기 위상 권선 양단의 전압을 적분함으로써 측정되는 것인 회전자 위치의 결정 방법.2. The method of claim 1 wherein the diagnostic pulse is a pulse of a predetermined linkage flux and is measured by integrating the voltage across the phase winding.

제 1항에 있어서, 상기 진단 펄스는 상기 위상 권선 양단의 공급 전압을 스위칭함으로써 주입되는 것인 회전자 위치의 결정 방법.2. The method of claim 1 wherein the diagnostic pulse is injected by switching a supply voltage across the phase winding.

제 1항에 있어서, 상기 유도된 회전자 위치를 예측된 회전자 위치값과 비교하는 단계; 및2. The method of claim 1, further comprising: comparing the derived rotor position with a predicted rotor position value; And

결정된 회전자 위치로서 상기 유도된 값과 예측된 값 사이에서 하나를 선택하는 단계를 포함하는 것인 회전자 위치의 결정 방법.Selecting one between the derived and predicted value as the determined rotor position.

제 5항에 있어서, 상기 유도된 회전자 위치가 상기 예측된 회전자 위치와 소정량만큼 다르다면 예측된 회전자 위치값을 선택하는 단계를 포함하는 것인 회전자 위치의 결정 방법.6. The method of claim 5, comprising selecting a predicted rotor position value if the derived rotor position is different from the predicted rotor position by a predetermined amount.

제 5항에 있어서, 상기 유도된 회전자 위치와 상기 예측된 회전자 위치 간의 에러가, 회전자 위치의 복수의 연속적인 결정에 대하여 제 2 소정량 만큼 다르다면 상기 스위칭된 자기 저항기의 동작을 정지(shut down)시키는 단계를 포함하는 것인 회전자 위치의 결정 방법.6. The method of claim 5, wherein if the error between the induced rotor position and the predicted rotor position differs by a second predetermined amount for a plurality of consecutive determinations of the rotor position, the operation of the switched magnetic resistor is stopped. and shutting down the rotor.

제 1항에 있어서, 상기 측정된 메인 전류를 선형 인덕턴스의 영역에 대응하여 소정의 값과 비교하고, 상기 메인 전류가 상기 소정값 보다 낮다면 상기 방법을 진행하는 단계를 포함하는 것인 회전자 위치의 결정 방법.2. The rotor position of claim 1, comprising comparing the measured main current with a predetermined value corresponding to a region of linear inductance and proceeding with the method if the main current is lower than the predetermined value. How to decide.

회전자, 고정자, 하나 이상의 위상 권선 및 상기 위상 권선을 여자하기 위해 동작되는 스위칭 수단을 갖는 기기를 포함하는 스위칭된 자기저항 드라이브용 회전자 위치 검출기에 있어서,A rotor position detector for a switched magnetoresistive drive comprising a rotor, a stator, a device having one or more phase windings and switching means operated to excite said phase windings,

위상에 대하여 메인 전류 및 쇄교 자속중의 하나를 측정하는 측정 수단;Measuring means for measuring one of the main current and the linkage flux with respect to the phase;

상기 측정 수단으로 하여금 상기 위상을 여자시키지 않은 비활성 기간동안 메인 전류 또는 쇄교 자속을 측정하게 하는 수단;Means for causing the measuring means to measure main current or linkage flux during an inactive period in which the phase is not excited;

전류 또는 쇄교 자속중 하나의 소정값을 갖는 진단 펄스를 상기 비활성 위상으로 주입하는 주입 수단;Injection means for injecting a diagnostic pulse having a predetermined value of either a current or a linkage flux into the inactive phase;

상기 측정 수단으로 하여금 상기 펄스의 끝 위상에서 상기 전류 또는 쇄교 자속을 측정하게 하는 수단;Means for causing the measuring means to measure the current or linkage flux at the end phase of the pulse;

총 전류와 메인 전류 또는 쇄교 자속 사이의 차로부터 진단 펄스의 주입으로 인한 전류 또는 쇄교 자속의 값을 생성하는 수단; 및Means for generating a value of the current or the linkage flux due to the injection of the diagnostic pulse from the difference between the total current and the main current or linkage flux; And

회전자 위치를 전류 또는 쇄교 자속과의 상관 관계로부터 다른 전류 및 쇄교 자속값의 회전자 각도에 대하여 유도하는 수단을 포함하는 회전자 위치 검출기.And a means for deriving the rotor position from the correlation with the current or the bridged flux with respect to the rotor angle of the other current and the bridged flux value.

제 9항에 있어서, 위상 전류가 소정값 아래로 인덕턴스가 전류와 무관하게 되는 범위까지 떨어질 때 상기 주입 수단으로 하여금 진단 펄스를 주입하게 하며, 상기 위상 전류를 감시하는 수단을 더 포함하는 것인 회전자 위치 검출기.10. The circuit of claim 9, further comprising means for causing the injection means to inject a diagnostic pulse when the phase current drops below a predetermined value to a range where the inductance becomes independent of the current. Electronic position detector.

제 9항에 있어서, 상기 진단 펄스는 소정의 쇄교 자속의 펄스이고, 상기 검출기는 위상 양단의 전압을 적분하여 쇄교 자속을 측정하도록 배치된 적분기를 포함하는 것인 회전자 위치 검출기.10. The rotor position detector of claim 9, wherein said diagnostic pulse is a pulse of a predetermined linkage flux and said detector comprises an integrator arranged to measure the linkage flux by integrating the voltage across the phase.

제 9항에 있어서, 상기 주입기 수단은 상기 스위칭된 자기저항 드라이브 시스템의 스위치 수단을 포함하는 것인 회전자 위치 검출기.10. The rotor position detector of claim 9, wherein the injector means comprises switch means of the switched magnetoresistive drive system.

제 9항에 있어서, 상기 유도된 회전자 위치를 예측된 회전자 위치값과 비교하는 비교기 수단, 및 상기 유도된 값과 상기 예측된 값 중에서 하나를 선택하는 수단을 포함하는 것인 회전자 위치 검출기.10. The rotor position detector of claim 9, comprising comparator means for comparing the derived rotor position with a predicted rotor position value, and means for selecting one of the derived value and the predicted value. .

제 13항에 있어서, 상기 유도된 값이 상기 예측된 값과 소정량 만큼 다르다면, 상기 선택 수단은 상기 유도된 값과 상기 예측된 값 중 하나를 선택하도록 동작하는 것인 회전자 위치 검출기.14. The rotor position detector as claimed in claim 13, wherein if the derived value is different from the predicted value by a predetermined amount, the selecting means is operative to select one of the derived value and the predicted value.

제 13항에 있어서, 상기 유도된 값이 다수의 회전자 위치의 연속적인 유도를 위해 예측된 값과 소정량 만큼 다른 경우에, 상기 선택 상기 수단은 유도된 값과 예측된 값 중에 하나를 선택하기 위해 동작하는 것인 회전자 위치 검출기.14. The method according to claim 13, wherein if said derived value differs by a predetermined amount from a predicted value for the continuous derivation of a plurality of rotor positions, the selection said means selects one of the derived value and the predicted value. Rotor position detector to operate.

컴퓨터로 하여금 제 1 항에 기재된 회전자 위치의 결정 방법을 실행하게 하는 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독가능한 기록 매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a computer program comprising computer program code for causing a computer to execute the method for determining a rotor position according to claim 1.